Đề xuất phương án và đo gia tốc rơi tự do với bộ dụng cụ:
Giá, bi thép, nam châm điện, 2 cổng quang điện, công tắc điều khiển, đồng hồ đo thời gian hiện số.
Đánh giá sơ bộ nguyên nhân ảnh hưởng đến kết quả trong thí nghiệm.
Hãy dựa vào Hình 9.3 để mô tả sơ lược cách đo tốc độ dùng cổng quang điện và đồng hồ đo thời gian hiện số khi viên bi chuyển động từ cổng quang điện (3) đến cổng quan điện (4).
Cách đo tốc độ dùng cổng quang điện và đồng hồ thời gian hiện số
Bước 1: Điều chỉnh đồng hồ đo thời gian về 0 s
Bước 2: Tính quãng đường từ cổng quang điện (3) đến cổng quang điện (4)
Bước 3: Bấm nút ở nam châm điện để viên bi bắt đầu chuyển động
Bước 4: Quan sát thời gian hiện số trên đồng hồ, từ đó tính được tốc độ chuyển động của viên bi
Dụng cụ
Bộ dụng cụ đo gia tốc rơi tự do gồm:
(1) Nam châm điện (2) Viên bi thép
(3) Cổng quang điện (4) Công tắc điều khiển
(5) Đồng hồ đo thời gian (6) Giá
Tiến hành
Bước 1: Lắp các dụng cụ thành bộ như hình 4.7.
+ Đặt bi thép dính vào phía dưới nam châm
+ Nhấn công tắc cho bi thép rơi
+ Đọc số chỉ thời gian rơi trên đồng hồ
+ Lặp lại thao tác với các khoảng cách từ vị trí vật bắt đầu rơi đến cổng quang điện khác nhau.
Bước 2: Hãy so sánh kết quả tính bằng số liệu đo được trong thí nghiệm mà em đã tiến hành với kết quả tính bằng số liệu ở bảng 4.2
Bảng 4.2. Khoảng cách và thời gian rơi của vật
Bước 3: Tính gia tốc trung bình của vật rơi tự do và sai số cực đại trung bình của phép đo.
Áp dụng phương trình \(s=v_ot+\dfrac{1}{2}at^2\) cho một vật có vận tốc ban đầu bằng không, rơi tự do với gia tốc g, ta được biểu thức gia tốc \(g=\dfrac{2s}{t^2}\). Trong đó, t là trung bình cộng của ba thời gian rơi cho mỗi khoảng cách s.
Viết kết quả: \(g=g\pm\Delta g\).
Tham khảo kết quả dưới đây:
Thảo luận về phương án thí nghiệm dựa trên hoạt động sau: Thả trụ thép rơi qua cổng quang điện trên mảng đứng và trả lời câu hỏi.
1. Xác định gia tốc rơi tự do của trụ thép theo công thức nào?
2. Để xác định gia tốc rơi tự do của trụ thép cần đo đại lượng nào?
3. Làm thế nào để trụ thép rơi qua cổng quang điện?
4. Cần đặt chế độ đo của đồng hồ ở vị trí nào để đo được đại lượng cần đo?
1.
Xác định gia tốc rơi tự do của trụ thép theo công thức:
\(g=a=\dfrac{2s}{t^2}\left(m/s^2\right)\)
2.
Để xác định gia tốc rơi tự do của trụ thép cần đo đại lượng: quãng đường rơi của trụ thép và thời gian rơi.
3.
Để trụ thép rơi qua cổng quang điện cần chú ý điều chỉnh máng thẳng đứng (quan sát dây rọi) đồng thời điều chỉnh cổng quang điện để trụ thép rơi qua cổng quang điện.
4.
Cần đặt đồng hồ đo thời gian hiện số ở chế độ \(A\leftrightarrow B\) để đo được đại lượng cần đo.
2. Dựa vào các kiến thức đã học và bộ dụng cụ gợi ý, các em hãy đề xuất một phương án đo gia tốc rơi tự do khác. Phân tích ưu, nhược điểm của phương án do em đề xuất so với phương án gợi ý
Phương án đi gia tốc rơi tự do
+ Dụng cụ: 1 máng thép thẳng có rãnh; 1 viên bi; đồng hồ bấm giây.
+ Tiến hành thí nghiệm: Đo khảng cách của máng thép thẳng, sau đó thả viên bi rơi trong máng thép, bấm đồng hồ từ lúc bắt đầu vật rơi cho đến khi vật chạm đất.
_______
Phân tích ưu, nhược điểm giữa phương án gợi ý và phương án đề xuất
| Phương án gợi ý | Phương án đề xuất |
Ưu điểm | Thời gian đo chính xác, sai số ít | Dễ chuẩn bị, giá thành thấp |
Nhược điểm | Giá thành cao | Sai số nhiều do sự phản xạ bấm đồng hồ của người dùng. |
Dựa vào các kiến thức đã học và bộ dụng cụ gợi ý, các em hãy đề xuất một phương án đo gia tốc rơi tự do khác. Phân tích ưu, nhược điểm của phương án do em đề xuất so với phương án gợi ý.
Phương án đi gia tốc rơi tự do
+ Dụng cụ: 1 máng thép thẳng có rãnh; 1 viên bi; đồng hồ bấm giây.
+ Tiến hành thí nghiệm: Đo khảng cách của máng thép thẳng, sau đó thả viên bi rơi trong máng thép, bấm đồng hồ từ lúc bắt đầu vật rơi cho đến khi vật chạm đất.
Phân tích ưu, nhược điểm giữa phương án gợi ý và phương án đề xuất
| Phương án gợi ý | Phương án đề xuất |
Ưu điểm | Thời gian đo chính xác, sai số ít | Dễ chuẩn bị, giá thành thấp |
Nhược điểm | Giá thành cao | Sai số nhiều do sự phản xạ bấm đồng hồ của người dùng. |
Sử dụng đồng hồ đo thời gian hiện số và cổng quang điện để đo tốc độ chuyển động có ưu điểm, nhược điểm gì?
Sử dụng đồng hồ đo thời gian hiện số và cổng quang điện để đo tốc độ chuyển động có:
- Ưu điểm: Kết quả đo có độ chính xác cao, có thể đo thời gian chính xác tới phần nghìn giây.
- Nhược điểm: Chi phí mua thiết bị đắt, thiết bị đo cồng kềnh.
Hãy tiến hành thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do bằng cách sử dụng đồng hồ bấm giây hoặc các thiết bị khác như điện thoại thông minh. So sánh với kết quả được thực hiện tại phòng thí nghiệm và giá trị chính xác của gia tốc rơi tự do, nêu nhận xét và giải thích kết quả này.
Các em tự tiến hành thí nghiệm và kiểm tra kết quả.
Hãy tiến hành thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do bằng cách sử dụng đồng hồ bấm giây hoặc các thiết bị khác như điện thoại thông minh. So sánh với kết quả được thực hiện tại phòng thí nghiệm và giá trị chính xác của gia tốc rơi tự do, nêu nhận xét và giải thích kết quả này.
Các em tự tiến hành thí nghiệm và kiểm tra kết quả.